一种长壁综采与连采连充相间的工作面布局及施工方法

技术领域

本发明涉及煤矿采煤工作面布置及采空区充填技术领域，具体涉及一种长壁综采与连采连充相间的工作面布局及施工方法。

背景技术

目前，煤矿主流的长壁综采工作面多为“三巷”布置，即每个长壁综采工作面布置3条工作面巷道，分别为工作面带式输送机巷、工作面辅助运输巷和工作面回风巷。其中，工作面带式输送机巷和工作面回风巷之间为采煤工作面区段，工作面带式输送机巷和工作面辅助运输巷之间为“顺槽间煤柱”，顺槽间煤柱是煤炭资源的损失和浪费。

另一方面，现有的连采连充工作面多应用在大巷煤柱及边角煤回收场景，连采连充工艺多为利用支巷的倾斜条件、充填材料采用“泥石流”自流方式进入支巷进行充填，连采连充工艺的应用受支巷必须为倾斜条件的限制；现有连采连充工艺充填材料多为预制矸石膏体，采用管道输送，容易发生凝固或沉淀堵管，以及爆管事故。

发明内容

本发明为解决现有长壁综采工作面“三巷”布置技术中存在的“顺槽间煤柱”资源浪费损失的问题，井下矸石处置空间有限，以及现有连采连充工艺中存在的应用条件限制的问题，通过采用全新充填工艺，将连采连充工艺应用于回收“顺槽间煤柱”，提供一种长壁综采与连采连充相间的工作面布局及施工方法。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：

一种长壁综采与连采连充相间的工作面布局方法，包括相互间隔的长壁综采工作面和连采连充工作面，其中连采连充工作面设置在两个长壁综采工作面之间，且与正在作业的长壁综采工作面相邻的连采连充工作面是已经作业完毕的连采连充工作面，正在作业的连采连充工作面相邻的长壁综采工作面是未作业的长壁综采工作面。

具体的，按工作面的接续方向依次为综采工作面回风巷、长壁综采工作面、综采工作面带式输送机巷、连采连充完成工作面、综采工作面辅助运输巷、长壁综采接续工作面、接续工作面带式输送机巷、连采连充工作面、接续工作面辅助运输巷。

所述综采工作面带式输送机巷、接续工作面带式输送机巷与采区带式输送机巷连通，所述综采工作面回风巷、综采工作面辅助运输巷、接续工作面辅助运输巷与采区回风巷和采区辅助运输巷连接并选择性连通。

当长壁综采工作面作业时，通风路线为，综采工作面带式输送机巷、综采工作面辅助运输巷进风，过长壁综采工作面后由综采工作面回风巷回风；综采工作面带式输送机巷、综采工作面辅助运输巷进风，绕过接续工作面切眼，与接续工作面带式输送机巷进风汇合后，由接续工作面辅助运输巷回风。

在综采工作面辅助运输巷后段布置邻巷注浆钻孔。

所述连采连充工作面由接续工作面带式输送机巷和接续工作面辅助运输巷共同圈成，被划分为若干个支巷，设置有掘进子系统和充填子系统，其中，掘进子系统由综掘机、防爆装载机、刮板输送机、带式输送机组成，充填子系统由喷射机、喷射管路、喷头支架组成，充填子系统与地面矸石准备车间和地面制浆站分别连接。

所述的地面矸石准备车间由矸石堆场、矸石破碎机和矸石输送机组成。

所述的地面制浆站由水泥罐、粉煤灰罐、水池、搅拌机和储浆池组成。

一种基于上述的长壁综采与连采连充相间的工作面布局的施工方法，

步骤一：掘进准备第一个长壁综采工作面，包括综采工作面带式输送机巷、综采工作面辅助运输巷、长壁综采工作面切眼、长壁综采工作面回风巷；

步骤二：按连采连充工艺，对综采工作面带式输送机巷、综采工作面辅助运输巷之间的煤柱，即第一个连采连充工作面，进行掘进和充填，同时掘进准备第二个长壁综采工作面，即长壁综采接续工作面；

步骤三：按连采连充工艺，对接续工作面带式输送机巷、接续工作面辅助运输巷之间煤柱，即第二个连采连充工作面，进行掘进和充填，同时回采第一个长壁综采工作面和掘进准备第三个长壁综采工作面；

步骤四：第一个长壁综采工作面回采推进100～300m距离后，在综采工作面辅助运输巷后段通过邻巷注浆钻孔，实施向采空区注矸石浆液；

重复循环步骤三～四，直至整个采区全部工作面回采完毕。

所述连采连充工艺包含以下具体步骤:

步骤①，对连采连充工作面按巷道掘进宽度划分若干个支巷，将支巷按一定数量n编成若干组，并编号1、2、3、…、n，1、2、3、…、n，1、2、3、…、n，……；

步骤②，对第一组编号为n的支巷进行掘进，由综掘机割煤，由防爆装载机铲运至刮板输送机，再经由带式输送转运出工作面；

步骤③，对第二组编号为n的支巷进行掘进，同时对第一组编号为n的支巷进行充填，充填过程为，破碎后矸石粒径≤30mm，由地面经投料钻孔滑落井下，经缓冲器缓冲后，经运矸带式输送机输送至喷射机；地面制浆站制备的水泥浆经输送管路输送至喷射机；两种充填材料输入喷射机混合后，以压缩空气为动力沿喷射管路输送并喷射至充填支巷，堆积形成充填体；

步骤④，对第三组编号为n的支巷进行掘进，同时对第二组编号为n的支巷进行充填；

步骤⑤，对第一组编号为n-1的支巷进行掘进，同时对第三组编号为n的支巷进行充填。如此循环，经过n轮掘进-充填循环后，第一～第三组支巷即开采/掘进-充填完毕；

步骤⑥，重复循环步骤②～⑤，直至整个连采连充工作面全部组别支巷开采/掘进-充填完毕。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明通过将长壁综采工作面区段与连采连充工作面相间隔布置，将改进后的连采连充工艺应用于回收“顺槽间煤柱”，实现在不改变工作面“三巷”布置好处的情况下，减少顺槽间煤柱损失，大幅提高采区煤炭资源回收率；同时，创造出了大量矸石处置空间，使大量固体废弃物——矸石得以处置。

本发明通过将长壁综采工作面区段与连采连充工作面相间隔布置，形成“4面5巷”系统，长壁综采工作面、长壁综采接续工作面、连采连充工作面均实现全负压通风，进、回风路线清晰，独立回风，通风安全有保证；创造出了邻巷注浆所需的巷道系统条件，并通过在综采工作面辅助运输巷后段布置邻巷注浆钻孔，实施向采空区注矸石浆液，如此既可实现采空区防灭火的效果，又可达到处置矸石的目的。

本发明公开的连采连充方法，通过采用喷射机-压缩空气动力的“机械喷填”代替现有技术中“泥石流”自流充填，消除了“泥石流”由上到下自流必需有倾斜角度的限制条件，大大扩展了连采连充应用场景；并通过将破碎后矸石（干料）及水泥浆液（浆料）两种充填材料，采用投料井-带式输送机、管道分别输送下井，可以有效避免在地面预制矸石膏体管道输送时经常出现的凝固或沉淀堵管、爆管事故的发生。

附图说明

图1为本发明所述长壁综采与连采连充相间的工作面布局平面图；

图2为本发明所述连采连充工作面立体示意图；

图3为图2中I-I的剖面图；

图中，1.长壁综采工作面，2.连采连充工作面，3.连采连充完成工作面，4.长壁综采接续工作面，5.接续掘进工作面，6.综采工作面回风巷，7.综采工作面带式输送机巷，8.综采工作面辅助运输巷，9.接续工作面带式输送机巷，10.接续工作面辅助运输巷，11.接续工作面切眼，12.地面矸石准备车间，13.地面制浆站，14.支巷，15.综掘机，16.防爆装载机，17.刮板输送机，18.带式输送机，19.喷射机，20.喷射管路，21.喷头支架，22.矸石堆场，23.矸石破碎机，24.矸石输送机，25.水泥罐，26.粉煤灰罐，27.水池，28.搅拌机，29.储浆池，30.投料钻孔，31.缓冲器，32.运矸带式输送机，33.输送管路，34.充填体，35.邻巷注浆钻孔，36.采区回风巷，37.采区带式输送机巷，38.采区辅助运输巷，39.工作面停采线，40.新鲜风流，41.污风流。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种长壁综采与连采连充相间的工作面布局及施工方法，参见图1-图3，包括相互间隔的长壁综采工作面和连采连充工作面，其中连采连充工作面设置在两个长壁综采工作面之间，且与正在作业的长壁综采工作面相邻的连采连充工作面是已经作业完毕的连采连充工作面，正在作业的连采连充工作面相邻的长壁综采工作面是未作业的长壁综采工作面，具体结构如下。

参见图1，长壁综采工作面1和连采连充工作面2相互间隔交替布置，共同组成“4面5巷”，按工作面的接续方向依次具体包括：综采工作面回风巷6、长壁综采工作面1、综采工作面带式输送机巷7、连采连充完成工作面3、综采工作面辅助运输巷8、长壁综采接续工作面4、接续工作面带式输送机巷9、连采连充工作面2、接续工作面辅助运输巷10。

上述“4面5巷”中，具体连通结构为：所述综采工作面带式输送机巷7、接续工作面带式输送机巷9与采区带式输送机巷37连通，所述综采工作面回风巷6、综采工作面辅助运输巷8、接续工作面辅助运输巷10与采区回风巷36和采区辅助运输巷38连接并选择性连通。

基于上文的连通结构，当长壁综采工作面1作业时，通风路线为，综采工作面带式输送机巷7、综采工作面辅助运输巷8进风，过长壁综采工作面1后由综采工作面回风巷6回风；综采工作面带式输送机巷7、综采工作面辅助运输巷8进风，绕过接续工作面切眼11，与接续工作面带式输送机巷9进风汇合后，由接续工作面辅助运输巷10回风。

综采工作面辅助运输巷8后段布置有邻巷注浆钻孔35，用于向采空区注矸石浆，处置矸石。

参见图2-3，连采连充工作面2包括地面矸石准备车间12、地面制浆站13及充填材料输送系统。

连采连充工作面2由接续工作面带式输送机巷9和接续工作面辅助运输巷10共同圈成，被划分为若干个支巷14。

连采连充工作面2包括掘进子系统和充填子系统，掘进子系统由综掘机15、防爆装载机16、刮板输送机17、带式输送机18等设备组成；充填子系统由喷射机19、喷射管路20、喷头支架21等设备组成。

地面矸石准备车间12由矸石堆场22、矸石破碎机23和矸石输送机24组成。

地面制浆站13由水泥罐25、粉煤灰罐26、水池27、搅拌机28和储浆池29组成。

所述地面矸石准备车间12与地面制浆站13分别与充填子系统连接。

基于上述长壁综采与连采连充相间的工作面布局，该布局的施工过程具体包括以下步骤：

步骤一：掘进准备第一个长壁综采工作面1，包括综采工作面带式输送机巷7、综采工作面辅助运输巷8，长壁综采工作面1切眼，长壁综采工作面回风巷6。

步骤二：按连采连充工艺，对综采工作面带式输送机巷7、综采工作面辅助运输巷8之间煤柱即第一个连采连充工作面，进行掘进和充填，同时掘进准备第二个长壁综采工作面，即长壁综采接续工作面4。连采连充工艺包含以下具体步骤:

步骤①，对采连充工作面按巷道掘进宽度划分若干个支巷14，将支巷按一定数量（暂定为4）编成若干组，并编号1、2、3、4，1、2、3、4……

步骤②，对第一组编号为4的支巷进行掘进，由综掘机15割煤，由防爆装载机16铲运至刮板输送机17，再经由带式输送18转运出工作面。

步骤③，对第二组编号为4的支巷进行掘进，同时对第一组编号为4的支巷进行充填。充填过程为，破碎后矸石（粒径≤30mm）由地面经投料钻孔30滑落井下，经缓冲器31缓冲后，经运矸带式输送机32输送至喷射机19；地面制浆站13制备的水泥浆经输送管路33输送至喷射机19；两种充填材料输入喷射机19混合后，以压缩空气为动力沿喷射管路20输送并喷射至充填支巷，堆积形成充填体34。

步骤④，对第三组编号为4的支巷进行掘进，同时对第二组编号为4的支巷进行充填。

步骤⑤，对第一组编号为3的支巷进行掘进，同时对第三组编号为4的支巷进行充填。如此循环，经过四轮掘进-充填循环后，第一～第三组支巷即开采（掘进）-充填完毕。

步骤⑥，重复循环步骤②～⑤，直至整个连采连充工作面全部组别支巷开采（掘进）-充填完毕。

步骤三：按连采连充工艺，对接续工作面带式输送机巷9、接续工作面辅助运输巷10之间煤柱即第二个连采连充工作面，进行掘进和充填，同时回采第一个长壁综采工作面1和掘进准备第三个长壁综采工作面5。

步骤四：第一个长壁综采工作面1回采推进100～300m距离后，在综采工作面辅助运输巷8后段通过邻巷注浆钻孔35，实施向采空区注矸石浆液。

此时通风系统路线为，综采工作面带式输送机巷7、综采工作面辅助运输巷8进风，过长壁综采工作面1后由综采工作面回风巷6回风；综采工作面带式输送机巷7、综采工作面辅助运输巷8进风，绕过接续工作面切眼11，与接续工作面带式输送机巷9进风汇合后，由接续工作面辅助运输巷10回风。

重复循环步骤三～四，直至整个采区全部工作面回采完毕。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，均属于本发明的保护范围。